一种换热管角焊缝射线数字成像安装平台

摘要

本发明公开了一种换热管角焊缝射线数字成像安装平台，所述平台是专用于安装换热器角焊缝射线数字成像自动检测系统中的数字成像系统(5)的。其包括有支撑单元(1)、升降单元(2)、旋转单元(3)和角度控制单元(4)；升降单元(2)固定在支撑单元(1)上，旋转单元(3)和角度控制单元(4)固定在升降单元(2)上。本发明平台能实现数字成像系统(5)的插入、拔出、定角度旋转、插入到位检测、孔位之间的移动等功能。通过与支撑单元(1)、升降单元(2)、旋转单元(3)和角度控制单元(4)的配合，可实现换热器角焊缝的全自动射线数字成像检测。

说明书

技术领域

本发明涉及角焊缝无损检测技术领域，更特别地说，是指一种应用于热交换器换热管的角焊缝射线数字成像安装平台。

背景技术

热交换器(换热器)是化工领域应用较多的主设备之一。热交换器的主要结构分为一次侧和二次侧，二者之间以换热器为边界。一般情况下，一次侧供给热水，通过薄壁管子将热量传递到二次侧。换热器的管子通过焊接方式固定在管板上，在管子与管板之间形成角焊缝。角焊缝的好坏，直接影响到一次侧流体是否会泄露到二次侧。

随着射线数字成像检测技术的发展，数字成像以其便捷的操作模式，高检测效率和高图像质量而迅速推广。由于换热器角焊缝射线数字成像系统结构的限制，角焊缝检测区域存在检测盲区，需要变换不同的角度，多次透照完成整个角焊缝的检测。同时，对于不同规格的角焊缝检测也需要变换安装孔位。为充分利用射线数字成像检测效率高的特点，实现管子管板角焊缝的自动射线检测，需要专用安装平台，实现对数字成像系统的运动控制。

发明内容

本发明设计的是属于一套应用于热交换器换热管的角焊缝射线数字成像自动检测所需的安装平台，此平台能实现数字成像系统(5)的插入、拔出、定角度旋转、插入到位检测、孔位之间的移动等功能。所述数字成像系统(5)通过与支撑单元(1)、升降单元(2)、旋转单元(3)和角度控制单元(4)的配合，可实现换热器角焊缝的全自动射线数字成像检测，保证换热器中的管子管板角焊缝的质量。

本发明是一种换热管角焊缝射线数字成像安装平台，其特征在于：所述换热管角焊缝射线数字成像安装平台由支撑单元(1)、升降单元(2)、旋转单元(3)和角度控制单元(4)组成；所述换热管角焊缝射线数字成像安装平台用于实现对数字成像系统(5)进行支撑和动作调节；

支撑单元(1)由立板(1A)、上底板(1B)和下底板(1C)组成；

升降单元(2)由移动台板(2A)、A导杆(2B)、B导杆(2C)和升降气缸(2D) 组成；

旋转单元(3)由轴承套筒(3A)、旋转轴壳(3B)、滚珠轴承(3C、3D)、锁紧螺母(3E、3F)和摆动气缸(31)组成；

角度控制单元(4)由DA挡(4A)、DB挡块(4B)和单作动气缸(4D)组成；

旋转轴壳(3B)上设有旋转轴(3B1)、支撑板(3B2)和摆臂(3B3)，旋转轴(3B1)置于支撑板(3B2)的下方，摆臂(3B3)置于支撑板(3B2)的一侧。旋转轴(3B1)的中部是CB通孔(3B4)，CB通孔(3B4)的下端设有用于与摆动气缸输出轴(32)固定的键槽(3B41)。旋转轴(3B1)上设有用于套接CA滚珠轴承(3C)的CA轴段(3B11)、用于套接CB滚珠轴承(3D)的CB轴段(3B12)、用于套接CA锁紧螺母(3E)和CB锁紧螺母(3F)的CC轴段(3B13)，CC轴段(3B13)与CB轴段(3B12)之间设有用于放置卡簧的凹槽(3B14)。

立板(1A)安装在上底板(1B)与下底板(1C)之间。摄像头(11)固定在立板(1A)的侧面，快速对接接头(12)固定在立板(1A)的夹持块(1A2)；升降单元(2)的A导杆(2B)与B导杆(2C)固定在上底板(1B)与下底板(1C) 之间；升降单元(2)的升降气缸2D固定在下底板(1C)的下方；

升降单元(2)的移动台板(2A)通过直线轴承(2B1、2B2、2C1、2C2)套接在A导杆(2B)与B导杆(2C)上；所述移动台板(2A)上设有安装参考导向杆(6)下端的通孔、安装行程开关(7)的通孔；所述移动台板(2A)上方安装有旋转轴壳(3B)，旋转轴壳(3B)上固定有数字成像系统(5)；数字成像系统(5) 上插接有棒阳极(33)的下端，棒阳极(33)的上端和参考导向杆(6)的上端分别插入工件(8)的各自通孔中；所述移动台板(2A)的下方安装有升降气缸(2D)和单作动气缸(4D)；

角度控制单元(4)的DA挡(4A)与DB挡块(4B)固定在移动台板(2A) 的上面板上，且单作动气缸(4D)的浮动挡轴(4C)穿过移动台板(2A)的BB通孔(2A2)后与旋转轴壳(3B)的摆臂(3B3)接触。

本发明的一种换热管角焊缝射线数字成像安装平台的优点在于：

①数字成像系统(5)的插入到位检测，是由棒阳极的一端插入或拔出在工件中的通孔来实现的，当数字成像系统(5)向上运动，在棒阳极和参考导向杆同时插入至工件中的各自通孔中，说明数字成像系统(5)完成了初定位。

②通过旋转轴壳上设置的摆动臂与角度控制单元的浮动摆轴配合，实现数字成像系统5采集角度的调节。

③将旋转轴壳的安装面与数字成像系统5的固定端设计成构形相同的曲面，解决了在抖动环境下对图像采集，有利于使数字成像系统5在图像采集时更加稳定。

④利用三个气缸驱动本发明安装平台升降、旋转、摆动，实现微位移的调节。

⑤在支撑单元上固定快速对接接头，快速对接接头与工业机器人连接，以此实现本发明平台与管孔定位机构的快速连接。

附图说明

图1是本发明换热管角焊缝射线数字成像安装平台的结构图。

图1A是本发明换热管角焊缝射线数字成像安装平台的另一视角结构图。

图1B是本发明换热管角焊缝射线数字成像安装平台上未装配数字成像系统的结构图。

图2是本发明升降单元加载器件的结构图。

图2A是本发明升降单元加载器件的分解图。

图2B是本发明升降单元中移动台板的结构图。

图3是本发明旋转单元的剖面结构图。

图3A是本发明旋转单元中轴承套筒的结构图。

图3B是本发明旋转单元中轴承套筒的另一视角结构图。

图3C是本发明旋转单元中旋转轴壳的结构图。

图4是本发明角度控制单元的结构图。

图5是本发明支撑单元加载器件的结构图。

图5A是本发明支撑单元加载器件的另一视角的结构图。

图5B是本发明支撑单元的结构图。

图6是本发明换热管角焊缝射线数字成像安装平台与工件的装配图。

图6A是本发明换热管角焊缝射线数字成像安装平台与工件的另一视角装配图。

1.支撑单元11.摄像头12.快速对接接头1A.立板1A1.凸块1A2.夹持块1B.上底板1B1.AA通孔1B2.AB通孔1C.下底板1C1.AC通孔1C2.AD通孔1C3.凹腔1C4.AE通孔2.升降单元2A.移动台板2A1.BA通孔2A2.BB通孔2A3.侧立析2A4.BC通孔2A5.BD通孔2A6.连接面板2A61.BE通孔2A62.BF通孔2A7.BG通孔2A8.沉头腔2B.A导杆2B1.BA直线轴承2B2.BB直线轴承2C.B导杆2C1.BC直线轴承2C2.BD直线轴承2D.升降气缸2D1.BA螺母2D2.气缸轴2D3.BB螺母3.旋转单元31.摆动气缸32.摆动气缸输出轴33.棒阳极3A.轴承套筒3A1.CA通孔3A2.上连接盘3A3.CA内凸台3A4.下连接盘3A5.CB内凸台3B.旋转轴壳3B1.旋转轴3B11.CA轴段3B12.CB轴段3B13.CC轴段3B14.凹槽3B2.支撑板3B3.摆臂3B4.CB通孔3B41.键槽3C.CA滚珠轴承3D.CB滚珠轴承3E.CA锁紧螺母3F.CB锁紧螺母4.角度控制单元4A.DA挡块4B.DB挡块4C.浮动挡轴4D.单作动气缸5.数字成像系统6.参考导向杆7.行程开关8.工件

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1、图1A、图1B、图6、图6A所示，本发明设计了一种应用于换热管中的管子管板角焊缝射线数字成像安装平台，是对换热管的管子通过焊接方式固定在管板上的焊缝进行的无损检测所需的专用安装平台，此安装平台包括有支撑单元1、升降单元2、旋转单元3和角度控制单元4；本发明的坐标系O-XYZ是以升降单元 2的移动台板2A来定义的。本发明采用气缸来实现安装平台的升降、旋转运动。工件8置于本发明换热管角焊缝射线数字成像安装平台的上方(如图6、图6A所示)，在初定位时棒阳极33的上端和参考导向杆6的上端分别插入工件8的各自通孔中。

升降单元2用于实现数字成像系统5的升降运动，即沿起O-XYZ坐标系的Z 轴运动。旋转单元3用于实现数字成像系统5在O-XYZ坐标系的XOY平面内的转动，角度控制单元4实现对数字成像系统5在O-XYZ坐标系的XOY平面内的转动角度的限制。

移动台板2A上的旋转轴壳3B与数字成像系统5通过四个螺钉连接，保证连接可靠。移动台板2A通过两根导杆(2B、2C)同支撑单元1的立板1A连接。立板 1A的上下分别安装有上底板1B和下底板1C，两根导杆(2B、2C)安装在上底板 1B和下底板1C之间。移动台板2A的上下运动通过安装在下底板1C下方的升降气缸2D驱动实现。数字成像系统5通过摆动气缸31来实现旋转运动。其中旋转轴壳3B的旋转轴3B1与棒阳极33保持同轴向(即Z轴方向)。旋转轴壳3B上套接有双支点深沟球轴承(3C、3D)和锁紧螺母(3E、3F)，旋转轴壳3B的旋转轴3B1 与摆动气缸输出端32通过键与键槽3B41的配合连接起来。旋转轴壳3B上伸出一个摆臂3B3，当旋转轴壳3B转动时，摆臂3B3通过与DA挡块4A、DB挡块4B、浮动挡轴4C的接触，实现数字成像系统5的三个旋转位置(－15度、0度、+15 度)的控制。其中，浮动挡轴4C通过单作动气缸4D来控制浮动挡轴4C出现的时机，保证数字成像系统5能在三个设计的角度(－15度、0度、+15度)透照成像。

在本发明中，为保证数字成像系统5中棒阳极33插入的准确度，在移动台板 2A上设置了参考导向杆6，当移动台板2A做升降运动时，参考导向杆6先进入BF 通孔2A62中，进而引导棒阳极33进入数字成像系统5中设置的管孔中。立板1A 上安装有摄像头11，当摆动气缸31驱动移动台板2A向上移动时，将棒阳极33插入管孔时，通过摄像头11可以观察棒阳极33插入的状况。移动台板2A上还安装有行程开关7，棒阳极33插入到位时，会有反馈信号给角焊缝射线数字成像自动检测系统，使得对移动台板2A的位置有反馈。

支撑单元1

参见图1、图1A、图1B、图5、图5A、图5B所示，支撑单元1由立板1A、上底板1B和下底板1C组成，立板1A安装在上底板1B与下底板1C之间。

立板1A的一侧面上设有用于安装摄像头11的凸块1A1，立板1A的外面板上设有用于安装快速对接接头12的夹持块1A2。所述快速对接接头12用于与工业机器人连接。

上底板1B上设有用于固定A导杆2B上端的AA通孔1B1、用于固定B导杆 2C上端的AB通孔1B2。

下底板1C上设有用于固定A导杆2B下端的AC通孔1C1、用于固定B导杆 2C下端的AD通孔1C2，下底板1C上还设有用于安装升降单元2的升降气缸2D 的BA螺母2D1的凹腔1C3，所述凹腔1C3的中心是供升降气缸2D的气缸轴2D2 穿过的AE通孔1C4。

升降单元2

参见图1、图1A、图1B、图2、图2A所示，升降单元2由移动台板2A、A 导杆2B、B导杆2C和升降气缸2D组成。

移动台板2A上设有BA通孔2A1、BB通孔2A2、BG通孔2A7；移动台板2A的侧面上设有侧立板2A3，所述侧立板2A3的一端设有BC通孔2A4，所述侧立板2A3的另一端设有BD通孔2A5。移动台板2A的连接面板2A6上设有BE通孔2A61和BF通孔2A62。参见图2B、图3所示，移动台板2A的下面板上设有用于固定旋转单元3的轴承套筒3A的上连接盘3A2的沉头腔2A8。

升降气缸2D的气缸轴2D2穿过下底板1C上的AE通孔1C4后套接上BA螺母2D1实现与下底板1C的固定。BA螺母2D1置于下底板1C的凹腔1C3内。

穿过下底板1C的AE通孔1C4、BA螺母2D1、BB螺母2D3后的升降气缸 2D的气缸轴2D2置于BG通孔2A7内。

BA通孔2A1用于旋转单元3的轴承套筒3A穿过。

BB通孔2A2用于角度控制单元4的浮动挡轴4C穿过。

BC通孔2A4内安装有BB直线轴承2B2和BA直线轴承2B1，BB直线轴承 2B2和BA直线轴承2B1套接在A导杆2B上。A导杆2B的上端安装在上底板1B 的AA通孔1B1内，A导杆2B的下端穿过BA直线轴承2B1、BB直线轴承2B2 后安装在下底板1C的AC通孔1C1内。

BD通孔2A5内安装有BD直线轴承2C2和BC直线轴承2C1，BD直线轴承 2C2和BC直线轴承2C1套接在B导杆2C上。B导杆2C的上端安装在上底板1B 的AB通孔1B2内，B导杆2C的下端穿过BC直线轴承2C1、BD直线轴承2C2 后安装在下底板1C的AD通孔1C2内。

BE通孔2A61用于安装行程开关7。所述行程开关7用于调节数字成像系统5 与工件8的距离，所述距离既是数字成像系统5在O-XYZ坐标系的Z轴上的最大移动距离。工件8上设置规则的多个通孔，以棒阳极33的上端、参考导向杆6的上端插入各自的通孔中，以此来达到对数字成像系统5的初定位，然后经三个气缸驱动实现数字成像系统5的上下、左右调节，达到数字成像系统5的精定位。

BF通孔2A62用于安装参考导向杆6的下端。参考导向杆6作为棒阳极33插入工件8的准确度的辅助，在移动台板2A上设置了参考导向杆6，当移动台板2A 上下运动时，移动台板2A先进入工件8中的管孔，进而引导棒阳极33进入工件8 中的管孔。

旋转单元3

参见图1、图1A、图1B、图3所示，旋转单元3由轴承套筒3A、旋转轴壳 3B、滚珠轴承(3C、3D)、锁紧螺母(3E、3F)和摆动气缸31组成。

参见图3A、图3B所示，轴承套筒3A的中部设有供旋转轴壳3B的旋转轴3B1 穿过的CA通孔3A1；轴承套筒3A的上端设有上连接盘3A2和CA内凸台3A3；所述上连接盘3A2置于移动台板2A的沉头腔2A8内(如图2B所示)，并通过螺钉实现固定；所述CA内凸台3A3用于支撑CA滚珠轴承3C，CA滚珠轴承3C套接在旋转轴壳3B的旋转轴3B1上；轴承套筒3A的下端设有下连接盘3A4和CB内凸台3A5；所述下连接盘3A4通过螺纹与摆动气缸31的机壳固定；所述CB内凸台3A5用于支撑CB滚珠轴承3D，CB滚珠轴承3D套接在旋转轴壳3B的旋转轴 3B1上。在本发明中，旋转轴3B1与棒阳极33在Z轴方向保持平行。

参见图3C所示，旋转轴壳3B上设有旋转轴3B1、支撑板3B2和摆臂3B3，旋转轴3B1置于支撑板3B2的下方，摆臂3B3置于支撑板3B2的一侧。旋转轴 3B1的中部是CB通孔3B4，CB通孔3B4的下端设有用于与摆动气缸输出轴32 固定的键槽3B41。旋转轴3B1上设有用于套接CA滚珠轴承3C的CA轴段3B11、用于套接CB滚珠轴承3D的CB轴段3B12、用于套接CA锁紧螺母3E和CB锁紧螺母3F的CC轴段3B13，CC轴段3B13与CB轴段3B12之间设有用于放置卡簧的凹槽3B14。

在本发明中，数字成像系统5固定在支撑板3B2上，通过摆动气缸31实现数字成像系统5的转动。

角度控制单元4

参见图1、图1A、图1B、图4、图6、图6A所示，角度控制单元4由DA挡块4A、DB挡块4B和单作动气缸4D组成。DA挡块4A与DB挡块4B置于浮动挡轴4C的两侧，浮动挡轴4C作为单作动气缸4D的输出端。DA挡块4A与DB 挡块4B固定在移动台板2A的上面板上，单作动气缸4D固定在移动台板2A的下面板上。

在本发明中，浮动挡轴4C出现的时机受控于单作动气缸4D的工作模式，通过浮动挡轴4C浮出移动平台2A的上面板或者下沉，保证数字成像系统5能在三个设计的角度拍照，所述三个设计的角度是指－15度、0度、+15度。

本发明设计的换热管角焊缝射线数字成像安装平台，所要解决的是如何提高热交换器换热管中管子通过焊接方式固定在管板上，在管子与管板之间形成角焊缝的自动无损检测精度的技术问题，本发明通过将数字成像系统安装在具有支撑单元(1)、升降单元(2)、旋转单元(3)和角度控制单元(4)的平台上的技术手段，由三个气缸驱动执行数字成像系统(5)的插入、拔出、定角度旋转、插入到位检测、孔位之间的移动等功能。从而实现对换热器角焊缝的射线数字成像自动无损检测的技术效果。